300MW发电机变压器组继电保护设计Word文档下载推荐.docx

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7.发电机转子承受负序电流的能力，以I2t≤A为判据，其中I为以额定电流为基准的负序电流标么值；

t为时间（s），A为常数。

对不对称负荷，非全相运行及外部不对称短路引起的负序电流，应装设转子表层过负荷保护。

8.100MW及以上A<

10的发电机，应装设由定时时限和反时时限两部分组成的转子表层过负荷保护。

9.对励磁系统故障或强励磁时间过长引起的励磁绕组过负荷，在100MW及以上，采用半导体励磁系统的发电机上，应装设励磁加回路过负荷保护，对300MW及上发电机，保护由定时限和反时限两部分组成。

10.转子水冷汽轮发电机和100MW及以上的汽轮发电机，应装设励磁回路一点接地保护，并可装设两点接地保护装置。

11.失磁对电力系统有重大影响的发电机及100MW及以上的发电机，应装设专用的失磁保护。

12.对发电机运行的异常方式，200MW及以上汽轮发电机，宜装设逆功率保护。

13.0.8MVA及以上油浸式变压器和0.4MVA及以上车间内的油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。

14.110KV及以上中性点直接接地的电力网中，如变压器中性点直接接地运行，对外部单相接地引起的过电流，应装设零序电流保护。

15.高压侧电压为500KV的变压器，对频率降低和电压升高引起的变压器工作磁密过高，应装设过励磁保护。

16.对220～500KV母线，应装设能快速有选择地切除故障的母线保护，对1个半断路器，每组母线应装设两套保护。

17.发电机－变压器组的保护，宜起动断路器失灵保护。

18.对220～500KV的母线及变压器断路器，当非全相运行可能引起电力网其他保护越级跳闸，因而造成严重事故时，应在该断路器上装设非全相运行保护。

2.1.3保护配置

根据保护配置依据和现场实际，综合考虑保护动作的可靠性、灵敏性、选择性和快速性，满足继电保护在总体配置上尽量做到完善、合理，避免繁琐、复杂的要求，根据短路保护、异常运行保护、发电机接地保护及其他保护的具体要求，初步确定配置下列保护（见图表）：

表2-1短路保护配置依据及元件选型

短路保护

配置依据

所选继电器

发电机纵差保护

2．1．2．1

ZB4522（LCD-7）

发电机横差保护

2．1．2．3

ZB-1521（LCD-6）

变压器纵差保护

ZB-4524（LCD-5）

发电机-变压器组纵差保护

变压器瓦斯保护

2．1．2．13

ZB-4524

变压器零序保护

2．1．2．14

ZB-4514

阻抗保护

2．1．2．4

ZB-4538（LZ-B）

发变组短路保护的配置，与一次接线形式有很大关系。

在300MW发变组的接线中，一般考虑采用单元接线方式，我们短路保护就按照此接线方式来配置。

根据继电保护技术规程，为正确反应发变组短路故障和确保快速切除故障，配置了发电机纵、横差动保护，变压器纵差保护和发电机-变压器组纵差保护，对发电机-变压器组构成了双重快速保护。

差动保护双重化，降低了拒动的几率；

设置闭锁，则降低了误动的几率。

因此，双重化加闭锁，提高了可靠性，有利于大机组的安全运行。

变压器纵差保护，可以正确反应变压器外部短路故障，为了正确、及时的反应变压器内部短路故障，选择装设瓦斯保护。

瓦斯保护分为轻瓦斯保护和重瓦斯保护，分别利用开口杯和挡板式原理，反应变压器内部的故障程度，确定发出信号还是将变压器从系统中切除。

在超高压电网中，单相接地短路故障最多，在各种短路接地故障中，有80%-90%是单相接地故障，为了在某些特殊情况下，不致使电网失去保护，所以尽管相邻线路上配置了完善的近后备保护，一般还是要在变压器中性点装设零序电流保护，对相邻线路构成远后备。

大型发电机变压器组，都接在220KV及以上的母线上。

220KV及以上的线路，一般都有完备的后备保护。

同时，对于220KV及以上的母线，由于母线保护一般只有一套，而且有时不投入运行，因此，需要在发电机变压器组上装设作为相邻母线故障的后备保护，在设计中，考虑装设一套三相全阻抗保护装置。

表2-2发电机接地保护配置依据及元件选型

发电机接地保护

发电机定子一点接地保护

ZB-2537（LD-1A）

励磁回路一点接地保护

ZB-2532（ZBZ-2A）

励磁回路两点接地保护

2．1．2．10

ZB-2532（LD-2A）

发电机最常见的故障之一是定子绕组的单相接地（定子绕组与铁芯间绝缘破坏）。

由于发电机中性点是不接地或经高阻接地，所以定子单相接地故障并不引起大的故障电流。

但由于大型发电机在系统中的重要地位，造价昂贵，而且结构复杂、检修困难，所以对大型发电机的定子接地电流大小和保护性能提出了严格的要求，特装设发电机定子一点接地保护，根据接地电流的大小，分别动作于信号或停机。

发电机励磁回路一点接地故障，是常见的故障形式之一，两点接地故障也时有发生。

励磁回路一点接地故障，对发电机并未造成危害，但若在相继发生第二点接地故障，则将严重威胁机组的安全，为此，装设励磁回路一点、两点接地保护，分别动作于信号或停机。

表2-3异常运行保护配置依据及元件选型

异常运行保护

对称过负荷保护

2．1．2

ZB-1536

不对称过负荷保护

2．1．2．7

励磁回路过负荷保护

失磁保护

2．1．2．11

ZB-4540（LZ-1）

逆功率保护

2．1．2．12

LNG-3

过电压保护

2．1．2．5

过激磁保护

2．1．2．15

对于发电机的异常运行状态，如不能及时发现和采取相应措施，将使发电机缩短使用寿命，或酿成隐患，甚至给整个机组造成直接破坏。

因此，针对机组在实际运行中出现过的危及机组安全的各种异常运行状态，都需要采取有效的保护措施。

300MW发电机，定子和转子的材料利用率很高，其热容量和铜损的比值较小，因而热时间常数也比较小。

而且在发电机定子绕组内的热偶元件不能迅速反应发电机的负荷变化，为防止受到过负荷的损害，装设反应定子绕组平均发热状况的过负荷保护。

而发电机励磁绕组中连热偶元件都没有装设，所以必须配置励磁回路过负荷保护，以保护发电机的转子绕组。

大型变压器在正常运行时，工作磁密和饱和磁密相差不大，但当电压频率比增加时，工作磁密增加，使励磁电流增加，特别是在饱和之后，励磁电流要急剧增大，造成过励磁。

变压器的铁芯饱和之后，铁损增加，使铁芯温度升高，铁芯饱和之后还要使磁场扩散到周围的空间中去，使漏磁场增强。

靠近铁芯的绕组导线、油箱壁以及其他金属结构件，由于漏磁场而产生涡流损耗，使这些部位发热，引起高温，严重时要造成局部变形和损伤周围的绝缘介质。

所以，必须装设变压器过激磁保护。

发电机在突然甩负荷时，容易产生不允许的过电压。

特别是对大机组出现危及绝缘安全的过电压是比较常见的现象，为此须装设过电压保护。

300MW及以上的大型发电机组，由于励磁系统环节较多，发电机低励或失磁成为常见的故障形式。

发电机低励或失磁后，将过渡到异步运行，转子出现转差，定子电流增大，定子电压下降，有功功率下降，无功功率反向并且增大；

在转子回路中出现差频电流；

电力系统的电压下降及某些电源支路过电流，这些变化，在一定条件下，将破坏电力系统的稳定运行，威胁发电机本身的安全。

为保证电力系统和发电机的安全，必须装设失磁保护，以便及时发现低励和失磁故障并及时采取必要的措施。

逆功率保护，用于保护汽轮机。

当主汽门误关闭，或机炉保护动作关闭主汽门而出口断路器未跳闸时，发电机变成电动机运行，要从电力系统吸收有功功率，使汽轮机尾部叶片过热，因而造成汽轮机事故。

大机组均不允许在此状态下长期运行，一般只允许运行几分钟。

为保护汽轮机，必须装设逆功率保护。

表2-4其他保护配置依据及元件选型

其它保护

非全相运行保护

2．1．2．18

断路器失灵保护

2．1．2．17

发电机冷却水中断保护

主变冷却器全停保护

变压器220KV及以上高压侧的断路器，多为分相操作的断路器，常由于误操作或机械方面的原因，使三相不能同时合闸或跳闸，或在正常运行中突然一相跳闸。

这种运行工况，将在发电机中流过负序电流，对于在系统中占有重要地位的电力变压器，当220KV及以上电压侧为分相操作的断路器时，要求装设非全相运行保护。

按照远后备的原则，升压变压器高压侧断路器拒动时，应由相邻元件的后备保护切除故障，切除故障的时间长，而且可能把全部电源元件切除。

因此，大机组都应当装设断路器失灵保护，用以在断路器失灵时切除故障。

每一母线的全部连接元件装设一套公用的断路器失灵保护。

300MW发电机大部分采用水冷方式。

为防止发电机内冷水中断时，造成发电机定子线圈过热甚至烧毁定子绕组，必须装设反应发电机内冷水中断的保护。

主变压器由于容量较大，大多采用强油风冷的冷却方式。

运行中由于某些原因造成冷却器全停时，将使变压器油温迅速升高，严重威胁变压器的绝缘和使用寿命。

为此必须装设主变冷却器全停保护，用以监视变压器上层油温，确保变压器的安全运行。

表2-5短路保护配置方案反应的故障类型

反映故障类型

定子绕组及相间短路

定子匝间短路或开焊故障

绕组、套管及引出线的短路故障

发电机－变压器组纵差保护

定子绕组及相间短路；

油箱内部故障及油面降低

高压绕组、引出线及相邻元件接地

相间短路、瓦斯和纵差保护的后备保护

表2-6发电机接地保护配置方案反应的故障类型

发电机定子绕组的接地

励磁回路接地

表2-7异常运行保护配置方案反应的故障类型

定子绕组过电流

转子绕组过电流

励磁绕组过电流

励磁回路的失磁

反应逆功率

定子绕组过电压

变压器铁芯的过激磁

表2-8其他保护配置方案反应的故障类型

反应非全相运行

反应断路器故障

发电机断水故障

主变压器冷却器全停保护

变压器冷却器故障

表2-9短路保护配置作用结果

作用结果

停机

发电机－变压器

组纵差保护

轻瓦斯发出信号，重瓦斯停机

一段与母线解列，二段与母线解列、灭磁

表2-10发电机接地保护配置作用结果

发信号、停机

发信号

表2-11异常运行保护配置作用结果

定时限：

发信号；

反时限：

解列、灭磁

解列、跳闸；

发信号，切换厂用电源

发信号、解列、灭磁

发信号、解列

表2-12其他保护配置作用结果

全相运行保护

2.2自动装置的配置

2.2.1概述

随着单机容量的提高和电力系统容量的不断扩大，现代大型电力系统将逐步形成，系统的网络结构更加复杂，对运行水平的要求也越来越高。

为了保证电力网安全、经济、可靠的运行，除了配备必要的继电保护外，还应配备必要的自动调节和操作装置。

2.2.2配置依据――《继电保护和安全自动装置技术规程》

1作为自动调节励磁装置强行励磁作用的后备措施，并作为某些不能满足强行励磁要求的自调节励磁装置的补充措施，汽轮发电机和调相机，均应装设继电器强行励磁装置。

2母线故障可采用母线自动重合闸。

3500KV线路，一般情况下应装设综合自动重合闸。

4对单机容量为60MW以上的发电厂，应装设自动准同步装置和相位闭锁的手动准同步装置。

5大中型汽轮发电机，励磁机励磁回路，可采用对电阻放电逆变灭磁，非线性电阻灭磁等灭磁方式。

6300MW及以上发电机和330KV及以上变电所，应具有故障时的事件顺序记录。

2.2.3自动装置配置

该电厂的自动装置的配置如下表所示。

表2-13自动装置的配置

装置

自动重合闸

2．2．2．4

综合自动重合闸

2．2．2．3

准同步装置

自动灭磁装置

2．2．2．2

自动故障记录装置

2．2．2．6

自动调节励磁装置

2．2．2．1

备用电源自投入装置

自动按频率减负荷装置

自动调节频率装置

2.3短路电流数据

2.3.1短路点示意图：

图2-1短路点示意图

2.3.2短路计算结果

表2-14短路点短路电流计算结果

短路点

短路电流（KA）

对称短路Id1

负序电流Id2

零序电流Id0

最大值

最小值

d1

6.02

2.22

5.7862

2.11

8.15

3

d2

2.35

1.93

2.4保护配置型号及整定计算数据

表2-15发电机－变压器组保护的配置及整定计算结果

保护名称

保护

代号

继电器型号

动作值

制动

系数

灵敏

ZB-4522

LCD-7

Idz=1A

0.2

ZB-1521

LCD-6

Idz=4A

主变纵联差动保护

LCD-5

Idz.j=

79.2A

0.5

2.38

轻：

Vdz=

250cm3

重：

1.1m/s

发电机过电压保护

Udz=

23.4KV

发电机失磁保护

ZB-4540

LZ-1A

Udz2=

0.675KV

Pdz=

6MW

ZB-2514

Id=

119.8A

发电机对称过负荷保护

Idzj=

5.825A

非对称过负荷保护

Idz=

2513.8A

发电机非全相保护

Idz2=

0.88KA

阻抗保护保护

ZB-4538

LZ-B

发电机定子单相接保护

ZB-2537

15V

第3章设计计算说明

3.1短路电流计算

3.1.1等值图如下图所示（注：

未考虑厂用电部分的影响）：

取Sj=1000MVA，Uj=UP

图3-1等值图

3.1.2参数计算：

（1）、发电机（1F、2F）：

Xd*”=Xd”（Sj/SGN）=（16.5/100）×

（1000/35.3）=0.4674

Xd2*=X2（Sj/SGN）=（20.14/100）×

（1000/35.3）=0.5705

（2）、主变压器（1B、2B）：

X*=Ud%（Sj/SBN）=（16.8/100）×

（1000/360）=0.4667

（3）、系统主要参数：

最大运行方式下：

X*1=0.3，X*0=0.32

最小运行方式下：

X*1=1.05，X*0=1.7

3.1.3、计算：

（1）、在d1点短路：

a、正序电流：

Idmax*=1/[（0.4674+0.4667）/2]+1/0.3=5.4744

Idmax=5.4744×

1000/（√3×

525）=6.02KA

Idmin*=1/0.9341+1/1.05=2.023

Idmin=2.023×

525）=2.22KA

b、负序电流：

Idzmax*=2/1.0572+1/0.3=5.2616

Idzmax=5.2616×

1000/（√3×

525）=5.7862KA

Idzmin*=1/（0.4667+0.5705）+1/1.05=1.917

Idzmin=1.917×

525）=2.11KA

c、零序电流

Idzmax*=（2/0.4667）+（1/0.32）=7.41

Idzmax=7.41×

525）=8.15KA

Idzmin*=（1/0.4667）+（1/1.7）2.73

Idzmin=2.73×

525）=3KA

（2）、在d2点短路时，因为是发电机出口短路，系统运行方式对短路电流的影响不大，所以可以不考虑系统对他的影响。

a、正序电流

Id1max*=Id1min*=1/0.4674=2.14

Id1max=Id1min=2.14×

525）2.35KA

b、负序电流

Id2max*=Id2min*=1/0.5705=1.7528

Id2max=Id2min=1.7528×

1000（√3×

525）=1.93KA

3.2继电保护的整定过程

3.2.1发电机的纵差保护（比率制动式）

1、最小动作电流：

由于保护装置采用比率制动特性，其保护动作电流不必按躲过外部故障时的不平衡电流，其整定值只需躲过最大负荷条件下的差动回路不平衡电流。

继电器的最小动作电流为：

Idz·

jmin=Kk·

Kfzq·

KtX·

fi·

Ie2f=1.5×

1×

0.5×

0.1×

11.32=0.849KA

电流互感器变比为12000/5=2400

则：

Idz=Idzjmin/n=849/2400=0.35A

LCD-7继电器的动作电流档有1A、2A。

取：

Idz=1A>

0.35A

2、比率制动系数的选择：

以最大外部短路电流下流过继电器的动作电流Idz=Kk·

Kzq·

IdmaX计算，此时，制动电流：

Izd=IdmaX

又因为：

Kzd=Idz/Izd所以

Kzd=Kk·

fi=1.3×

0.1=0.065

LCD-7制动系数有0.2、0.3、0.4选Kzq=0.2>

0.065

3、灵敏系数校验：

Klm=Idjmin/Idzj=2.037/0.849＝2.4>

2

灵敏度满足要求。

3.2.2发电机横差保护（LCD-6）

1、继电器的动作电流：

保护动作电流按躲过外部短路故障时最大不平衡电流及装置对高次谐波滤过比的大小整定。

在本设计中根据经验公式整定计算。

Idzj=0.2Ief/nlnl一般取用于发电机横差保护的电流互感器的变比，取0.25Ief/5。

则：

Idzj=0.2×

5/0.25=4

继电器的动作电流档有1A、2A、4A、8A取Idz=4A

2、灵敏系数校验：

α=3I0·

4Xf0=0.25×

4×

8.81%=8.81%

其中3I0＝Idzj，取0.25。

另外